CN102638917A

CN102638917A - 定电流驱动电路

Info

Publication number: CN102638917A
Application number: CN2011100381669A
Authority: CN
Inventors: 陈瑞贞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-11
Filing date: 2011-02-11
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明提供一种定电流驱动电路，以提供输出电流驱动直流负载，包含：开关元件，以调整输出电流，且具有第一端、第二端及控制端，第二端接收直流脉动电压；光耦合器，包含顺向串联连接于第一端及直流负载间的发光二极管与串联连接于控制端及直流负载间的光晶体管；以及电流产生电路，与第二端、控制端及光晶体管电连接，其用于提供该开关元件的控制端所需的偏压；其中当输出电流的电流值因直流负载的特性改变而由额定值变动时，第一端的端电压及控制端的电压分别对应改变，使开关元件的导通阻抗改变，以将输出电流的电流值拉回至额定值。本发明的生产成本相对较低，且其效能或是功率因数因为光耦合器的应用而提升。

Description

定电流驱动电路

技术领域

本发明涉及一种驱动电路，尤其涉及一种以定电流驱动直流负载的定电流驱动电路。

背景技术

近年来由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)制造技术的突破，使得发光二极管的发光亮度及发光效率大幅提升，因而使得发光二极管逐渐取代公知的灯管而成为新的照明元件，广泛地应用于例如家用照明装置、汽车照明装置、手持照明装置、液晶面板背光源、交通号志指示灯、指示看板等照明应用，且为了增加发光二极管使用时的亮度，可将多个发光二极管彼此串接而形成一发光二极管组件。

由于发光二极管需要直流电源来驱动，因此当发光二极管应用于接收交流电源，例如市电，的装置中时，则需要包含一整流电路的一驱动电路来将交流电源转换为直流电源，以驱动发光二极管发光。又为了使发光二极管或是发光二极管组件的发光亮度可维持在一定值而不会受发光二极管本身的特性改变的影响，例如因发光二极管本身所累积的运行温度或是所处的外在环境所导致，驱动电路通常需具有输出定电流来驱动发光二极管或是发光二极管组件的机制，借此避免发光二极管毁损、提早老化或是因接收浮动的电流而有闪烁的现象产生。

一般而言，公知驱动电路具有一反馈电路以及一控制电路，其中反馈电路将发光二极管或发光二极管组件所接收的输出电流的值反馈至控制电路，控制电路则根据接收的反馈值来调整输出电流，如此一来，公知驱动电路便可输出维持在一额定值的定电流来驱动发光二极管或是发光二极管组件。

虽然公知驱动电路确实通过反馈电路及控制电路实现输出定电流来驱动发光二极管或是发光二极管组件的目的，却也导致公知驱动电路因为反馈电路以及控制电路的设置而具有较高的生产成本以及较大的电源损耗等缺陷。

因此，如何发展一种可以解决上述公知技术所遭遇的问题与缺陷的定电流驱动电路，实为目前所迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种定电流驱动电路，借此解决公知驱动电路具有较高的生产成本以及较大的电源损耗等缺陷。

为达上述目的，本发明的较佳实施方式为提供一种定电流驱动电路，用以提供输出电流驱动直流负载，主要包含：开关元件，用以调整输出电流，且具有第一端、第二端及控制端，第二端接收直流脉动电压；光耦合器，包含发光二极管以及光晶体管，发光二极管顺向串联连接于第一端及直流负载之间，该光晶体管串联连接于控制端及直流负载间；以及电流产生电路，与第二端、控制端及光晶体管电连接，其用于提供该开关元件的控制端所需的偏压；其中当输出电流的电流值因直流负载的特性改变而由额定值变动时，第一端的端电压及控制端的电压分别对应改变，以使开关元件的导通阻抗改变，以将输出电流的电流值拉回至额定值。

为达上述目的，本发明的另一较佳实施方式为提供一种定电流驱动电路，用以提供输出电流驱动直流负载，主要包含：开关元件，用以调整输出电流，且具有第一端、第二端及控制端，第二端接收直流脉动电压；光耦合器，包含发光二极管以及光晶体管，发光二极管顺向串联连接于第一端及直流负载之间，光晶体管并联连接于控制端及第一端之间；以及电流产生电路，与第二端及控制端电连接，其用于提供该开关元件的控制端所需的偏压；其中当输出电流的电流值因直流负载的特性改变而由额定值变动时，同时改变流过光耦合器的发光二极管的电流，进而改变开关元件的控制端与第一端的电压差，以使开关元件的导通阻抗改变，以将输出电流的电流值拉回至额定值。

综上所述，本发明提供一种定电流驱动电路，其直接利用较低生产成本的开关元件、电流产生电路以及光耦合器的相互搭配，即可输出定电流以驱动直流负载，进而使本发明的定电流驱动电路的生产成本相对较低。又本发明的定电流驱动电路通过光耦合器而将直流负载的特性改变情况反应在开关元件的控制端的控制信号上，故本发明的定电流驱动电路的效能或是功率因数便可因为光耦合器的应用而提升。

附图说明

图1：其为本发明较佳实施例的定电流驱动电路的电路方框示意图。

图2：其为图1所示的定电流驱动电路的一变化例。

图3：其为图2所的定电流驱动电路的一变化例。

图4：其为图2所的定电流驱动电路的另一变化例。

图5：其为图2所的定电流驱动电路的再一变化例。

上述附图中的附图标记说明如下：

1：定电流驱动电路

10：光耦合器

11：桥式整流电路

12：电流产生电路

13：电流源

2：直流负载

G：开关元件

a：第一端

b：第二端

c：控制端

D、D₁：发光二极管

D₂：二极管

B：光晶体管

R₁：第一电阻

R₂：第二电阻

C：滤波电容

V_ac：交流电压

V_d：直流脉动电压

V_s：端电压

V_g：控制电压

I_o：输出电流

I₁：第一电流

I₂：第二电流

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，然而其都不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用以限制本发明。

请参阅图1，其为本发明较佳实施例的定电流驱动电路的电路方框示意图。如图1所示，本实施例的定电流驱动电路1与一直流负载2电连接，用以提供实质上恒定的一输出电流I_o驱动直流负载2，其中直流负载2由一个以上的半导体零件组成的电路所构成，例如可由单一的发光二极管D或是由多个彼此串接的发光二极管D所构成，但并不以此为限。

定电流驱动电路1主要包含一开关元件G、一第一电阻R₁、一光耦合器(Photo Coupler)10以及一电流产生电路12。开关元件G具有一第一端a、一第二端b以及一控制端c，其中第一端a与第一电阻R₁电连接，开关元件G通过第二端b接收一直流脉动电压V_d，并于第一端a产生一第一电流I₁，且于本实施例中，开关元件G可为但不限于一金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：MOSFET)所构成，故开关元件G的第一端a、第二端b以及控制端c分别为源极(Source)、漏极(Drain)及栅极(Gate)。

第一电阻R₁串接于开关元件G的第一端a及直流负载2之间。电流产生电路12电连接于开关元件G的第二端b及控制端c之间，且于本实施例中，电流产生电路12可为由一第二电阻R₂单独所构成，其接收直流脉动电压V_d，并提供开关元件G的控制端c所需的偏压。光耦合器10具有一光晶体管B以及一发光二极管D₁，其中发光二极管D₁的阳极端电连接于开关元件G的第一端a及第一电阻R₁之间，发光二极管D₁的阴极端电连接于第一电阻R₁及直流负载2的一端之间，因此发光二极管D₁实际上与第一电阻R₁并联连接，而第一电流I₁可经由第一电阻R₁及发光二极管D₁流至定电流驱动电路1的输出端；光晶体管B的发射极电连接于第一电阻R₁以及直流负载2之间，光晶体管B的集电极与开关元件G的控制端c及第二电阻R₂电连接，故光晶体管B实际上串联连接于控制端c及直流负载2之间，当光晶体管B导通时，第二电阻R₂上产生一第二电流I₂，第二电流I₂会经由第二电阻R₂以及光晶体管B的串联回路流至定电流驱动电路1的输出端，第一电流I₁及第二电流I₂构成输出电流I_o。

于一些实施例中，定电流驱动电路1可接收一交流电压V_ac，以将交流电压V_ac的电能转换为输出电流I_o，此时，定电流驱动电路1需对应地包含一桥式整流电路11以及一滤波电容C，该桥式整流电路11的输入端电连接于定电流驱动电路1的输入端而接收交流电压V_ac，且桥式整流电路11的两个直流输出端分别与开关元件G的第二端b及直流负载2的另一端电连接，以将交流电压V_ac进行整流，滤波电容C与桥式整流电路11的两个直流输出端并联连接，且与开关元件G的第二端b及第二电阻R₂电连接，滤波电容C将整流后的交流电压V_ac进行滤波，以输出直流脉动电压V_d。当然，于其他实施例中，定电流驱动电路1也可直接接收直流电源，例如电池，的电能而转换为输出电流I_o，此时直流脉动电压V_d直接由直流电源提供。

以下将进一步说明本发明的定电流驱动电路1的动作原理。请再参阅图1，当定电流驱动电路1输出输出电流I_o驱动直流负载2运行时，若直流负载2的特性并未有任何变化，则输出电流I_o的电流值实际上会维持在一额定值，例如20mA，然而当直流负载2的特性产生变化，例如因直流负载2所累积的运行温度或是所处的外在环境的影响时，便会导致输出电流I_o上升或下降，如此一来，输出电流I_o的电流值会于额定值开始变动。

根据开关元件G的转换特性曲线的公式：I_d＝I_dss(1-V_gs/V_th)2，其中I_d为通过开关元件G的电流，也即第一电流I₁，I_dss为一比例常数，V_gS为开关元件G的导通电压(即控制电压V_g与端电压V_s的差值)，V_th为开关元件G的临界电压。由上可知，开关元件G所输出的第一电流I₁与导通电压(V_gS)具有平方倍的反比关系。因此若输出电流Io因直流负载2的特性改变而上升时，第一电流I₁便会对应上升，使开关元件G上的第一端a的一端电压V_s对应上升，而流过光耦合器10的发光二极管D₁的电流也上升，因此发光二极管D₁的亮度会增加，导致光晶体管B的内阻减少，故流经第二电阻R₂及光晶体管B的第二电流I₂便会对应上升，且因为直流脉动电压V_d的电压实质上固定而不变动，故开关元件G的控制端c的控制电压V_g便会被拉低，造成开关元件G的导通电压(V_gS)因控制电压V_g下降及端电压V_s上升两者的加成效果而以2倍的比例下降，使开关元件G的导通阻抗增大，如此一来，第一电流I₁便会下降，进而调整输出电流I_o，使输出电流I_o下降而输出电流I_o的电流值拉回至该额定值。

反之，若输出电流I_o因直流负载2的特性改变而下降时，第一电流I₁便会对应下降，使开关元件G上的第一端a的一端电压V_s对应下降，而流过光耦合器10的发光二极管D₁的电流也下降，因此发光二极管D₁的亮度会减少，导致光晶体管B的内阻增加，故流经第二电阻R₂及光晶体管B的第二电流I₂便会对应下降，且因为直流脉动电压V_d的电压实质上固定而不变动，故开关元件G的控制端c的控制电压V_g便会被拉高，造成开关元件G的导通电压(V_gS)因控制电压V_g上升及端电压V_s下降两者的加成效果而以2倍的比例上升，使开关元件G的导通阻抗减小，如此一来，第一电流I₁便会上升，进而调整输出电流I_o，使输出电流I_o上升而输出电流I_o的电流值拉回至该额定值。

由上可知，由于本发明的定电流驱动电路1通过生产成本较为便宜、且连接关系简单的开关元件G、一第一电阻R₁、一第二电阻R₂以及一光耦合器10的搭配即可输出一稳定在额定值的输出电流I_o至直流负载，无须如公知驱动电路靠生产成本高的反馈电路及控制电路来实现输出定电流的效果，因此本发明的定电流驱动电路1的生产成本相对降低。此外，本发明的定电流驱动电路1通过光耦合器10将直流负载2的特性改变情况反应在开关元件G的控制端c的控制电压V_g上，而由于与第一电阻R₁并联连接且与开关元件G电连接的光耦合器10的发光二极管D₁的导通压降较小，仅约1.2V，因此当定电流驱动电路1在运行时，导通的发光二极管D₁所造成的电能损耗较少，进而提升定电流驱动电路1的效能或是功率因数。

当然，光晶体管B的发射极并非局限于如图1所示需电连接于第一电阻R₁以及直流负载2之间，于一些实施例中，如图2所示，光晶体管B的发射极也可电连接于第一电阻R₁及开关元件G的第一端a之间，且与发光二极管D₁的阳极端电连接，使得光晶体管B实际上并联连接于控制端c及第一端a之间，而通过上述的连接关系，图2所示的定电流驱动电路1的动作原理及效果仍可与图1所示的定电流驱动电路1的动作原理及效果相似，也即当直流负载2的特性产生变化，导致输出电流I_o上升或下降而输出电流I_o的电流值于额定值开始变动时，第一端a的端电压V_s对应的改变且改变流过光耦合器10的发光二极管D₁的电流，使得控制端c的控制电压V_g对应的改变，因此控制端c与第一端a的电压差并会对应改变，进而调整开关元件G的导通阻抗，如此一来，输出电流I_o的电流值便可拉回至额定值。

此外，图1或图2所示的电流产生电路12并不局限于需由第二电阻R₂所构成，举凡各种具有阻抗，且在光晶体管B导通时，会产生第二电流I₂的电子组件都可构成电流产生电路12，例如图3所示，利用一二极管D₂取代图2所示的第二电阻R₂来单独构成电流产生电路12，其中该二极管D₂反向串联连接于开关元件G的第二端b及控制端c之间，也即二极管D₂的阴极端与第二端b电连接，二极管D₂的阳极端则与控制端c电连接，于此实施例中，由于二极管D₂具有内阻，且二极管D₂本身会因反向偏压的特性而于光晶体管B导通时产生电流值较为微小的第二电流I₂，因此当直流负载2的特性产生变化使流过光耦合器10的发光二极管D₁的电流对应改变时，由于此时光晶体管B的内阻对应改变，因此控制端c的控制电压V_g会通过二极管D₂与光晶体管B的分压效果及光晶体管B的内阻改变而对应改变，故控制端c与第一端a的电压差便会对应改变，进而调整开关元件G的导通阻抗，如此一来，输出电流I_o的电流值可拉回至额定值，此外，因本实施例的第二电流I₂的电流值较小，故当第二电流I₂流过光晶体管B时也可避免光晶体管B因过电流而损坏。

又于其他实施例中，如图4所示，则是利用同样具有内阻的一电流源13取代图2所示的第二电阻R₂来单独构成电流产生电路12，该电流源13连于开关元件G的第二端b及控制端c之间，其可于光晶体管B导通时输出具有预设电流值的第二电流I₂，因此当直流负载2的特性产生变化使流过光耦合器10的发光二极管D₁的电流对应改变时，由于此时光晶体管B的内阻对应改变，因此控制端c的控制电压V_g可通过电流源13与光晶体管B的分压效果及光晶体管B的内阻改变而对应改变，故控制端c与第一端a的电压差便会对应改变，进而调整开关元件G的导通阻抗，如此一来，输出电流I_o的电流值也可拉回至额定值，此外，可通过将电流源13所输出的第二电流I₂的电流值设定为较小值来避免第二电流I₂流过光晶体管B时，光晶体管B因过电流而损坏。

请再参阅图1或图2，第一电阻R₁的设置实际上用来对第一电流I₁进行分流，也即通过设定本身电阻值的大小来让大部分的第一电流I₁都流过第一电阻R₁，以控制仅小部分的第一电流I₁流过发光二极管D₁，如此一来，可避免发光二极管D₁因过电流而损坏，由此可知，图1或图2所示的第一电阻R₁实际上可选择性的使用，也即当图1或图2所示的定电流驱动电路1实际上应用于电流需求较小的直流负载2，换言之，即定电流驱动电路仅需输出具有较小电流值，例如20mA，的输出电流I_o时，由于此时第一电流I₁的电流值也相对较小，因此定电流驱动电路1实际上无需设置第一电阻R₁来保护发光二极管D₁，故图2所示的定电流驱动电路1实际上可改变成如图5所示的的电路结构，而在图5所示的实施例中，第一电流I₁全部经由发光二极管D₁流至定电流驱动电路1的输出端。

本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而都不脱如附权利要求所欲保护的范围。

Claims

1.一种定电流驱动电路，用以提供一输出电流驱动一直流负载，包含：

一开关元件，用以调整该输出电流，且具有一第一端、一第二端及一控制端，该第二端接收一直流脉动电压；

一光耦合器，包含一发光二极管以及一光晶体管，该发光二极管顺向串联连接于该第一端及该直流负载的一端之间，该光晶体管串联连接于该控制端及该直流负载间；以及

一电流产生电路，与该第二端、该控制端及该光晶体管电连接，其用于提供该开关元件的该控制端所需的偏压；

其中当该输出电流的电流值因该直流负载的特性改变而由一额定值变动时，该第一端的端电压及该控制端的电压分别对应改变，以使该开关元件的导通阻抗改变，以将该输出电流的电流值拉回至该额定值。

2.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该定电流驱动电路更具有一桥式整流电路，其两个直流输出端分别与该开关元件的该第二端及该直流负载的另一端电连接，用以接收一交流电压并进行整流。

3.如权利要求2所述的定电流驱动电路，其中该定电流驱动电路更具有一滤波电容，与该桥式整流电路的两个该直流输出端并联连接，用以对整流后的该交流电压进行滤波，以输出该直流脉动电压。

4.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该直流负载由单一发光二极管或是彼此串接的多个发光二极管所构成。

5.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该直流负载由一个以上的半导体零件组成的电路所构成。

6.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该开关元件为金属氧化物半导体场效应晶体管。

7.如权利要求6所述的定电流驱动电路，其中该开关元件的该第一端、该第二端以及该控制端分别为源极、漏极及栅极。

8.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该发光二极管的阳极端与该第一端电连接，该发光二极管的阴极端与该直流负载电连接。

9.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该光晶体管的发射极与该直流负载电连接，该光晶体管的集电极与该控制端及该电流产生电路电连接。

10.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中当该输出电流上升而该输出电流的电流值超过该额定值时，该第一端的端电压上升，该控制端的电压下降，使该开关元件的导通阻抗增大，当该输出电流下降而该输出电流的电流值低于该额定值时，该第一端的端电压下降，该控制端的电压上升，使该开关元件的导通阻抗减小。

11.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该定电流驱动电路更包含一第一电阻，与该发光二极管并联连接，且串联连接于该第一端及该直流负载之间。

12.如权利要求1所述的定电流驱动电路，其中该电流产生电路一第二电阻、一电流源或是反向串联连接于该第二端及该控制端间的一二极管所单独构成。

13.一种定电流驱动电路，用以提供一输出电流驱动一直流负载，包含：

一光耦合器，包含一发光二极管以及一光晶体管，该发光二极管顺向串联连接于该第一端及该直流负载之间，该光晶体管并联连接于该控制端及该第一端之间；以及

一电流产生电路，与该第二端及该控制端电连接，其用于提供该开关元件的控制端所需的偏压；

其中当该输出电流的电流值因该直流负载的特性改变而由一额定值变动时，同时改变流过该光耦合器的该发光二极管的电流，进而改变该开关元件的该控制端与该第一端的电压差，以使该开关元件的导通阻抗改变，以将该输出电流的电流值拉回至该额定值。